[发明专利]一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座

说明书

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，特别是一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座。

背景技术

近年来，国外针对宽带多媒体卫星通信系统的研发及试验活动接踵不断，典型的系统如Amerhis、Spaceway3、WINDS、WGS等，这些卫星宽带通信系统均由一颗或多颗对地静止轨道（Geostationary Orbit,GEO）卫星构成。GEO卫星工作于距离地面高度为35786km的赤道环上，相对地面保持静止，覆盖范围大，采用3～5颗GEO卫星即可实现准全球覆盖（无法覆盖南北两极地区），且技术相对成熟，运行维护方便，但也存在一些问题：

1）对中高纬度地区平均覆盖仰角较低，衰落余量大；

2）无法覆盖全球，两极附近存在通信盲区；

3）“南山效应”对地广、山多的中国是一个突出问题；

4）卫星位置固定，易受干扰和攻击；

5）轨道资源拥挤，轨道位置和频率资源协调困难。

而根据中低轨道卫星的轨道特点，卫星轨道高度较低，虽然便于用户终端的小型化，但其覆盖面积远小于GEO卫星，一般需要多颗卫星组成星座来实现较好的整体覆盖。并且，中低轨卫星星座除建立了复杂星间链路的极轨星座外，难以仅靠仅靠受限区域内的信关站实现信号落地，同时卫星相对地面运动速度快，带来通信中较大的多普勒频移和时延变化。因此，中低轨道卫星一般不用于宽带多媒体通信，而用于卫星移动通信和卫星导航，典型的系统有Iridium、Globalstar、Orbcomm和GPS等。

倾斜地球同步轨道（Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,IGSO）也是圆轨道，具有与GEO相同的轨道高度和周期，但具有一定的轨道倾角，在充分利用GEO优点的同时，能够克服其高纬度区始终是低仰角的问题。IGSO卫星轨道倾角大于0度，因此，IGSO卫星的星下点轨迹在地面就不是一个点，而是以赤道为对称轴的“8”字形，轨道倾角越大，“8”字形的区域也越大。单颗IGSO卫星对特定区域的覆盖性能不如一颗GEO卫星。

综上所述，由于中低轨卫星通信时多普勒频移和时延变化大，难以用于宽带多媒体通信，而现有GEO宽带多媒体星座在南北两极存在通信盲区，对中高纬度地区平均覆盖仰角较低，衰落余量大，而单颗IGSO卫星对特定区域的覆盖性能不如一颗GEO卫星。

因此，现有技术存在的问题是：如何能够仅靠地点受限信关站落地，实现对目标区域的多重覆盖，同时兼顾对全球范围的覆盖。

发明内容

本发明的目的在于提供一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，能够仅靠地点受限信关站落地，实现对目标区域的多重覆盖，同时兼顾对全球范围的覆盖。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其包括至少5颗位于地球同步轨道上的IGSO卫星，所述至少5颗IGSO卫星分为两组，每组包含至少3颗IGSO卫星，两组间共用1颗IGSO卫星；第一组的至少3颗IGSO卫星共用一轨道面，升交点赤经相同，平近点间相差120°，并具有相同的轨道倾角，所述3颗IGSO卫星间由固定星间链路通信连接；第二组的至少3颗IGSO卫星具有相同的星下点过赤道经度，平近点角间相差120°，其中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星具有相同的轨道倾角和地面轨迹，所述第二组3颗IGSO卫星间不建立星间链路，通过调整轨道倾角使其始终对地点受限信关站可见。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、在区域多星覆盖的同时能够兼顾对全球的覆盖：能够对中低纬度地区实现很好的多星覆盖，在多星重叠覆盖区内能够提供良好的分集效果；在各纬度区域都具有很高的平均通信仰角，能够对南北两极地区提供100%时间覆盖；譬如，IGSO混合轨道星座中第一组同轨道面IGSO卫星轨道倾角为70°，第二组地面同轨迹IGSO卫星轨道倾角为48.04°时，能够对全球50.15%的区域提供100%时间覆盖，对全球99.47%的区域提供80%以上时间覆盖，能够对全球100%的区域提供77.2%以上时间覆盖；

2、多普勒频移与时延变化小：由于IGSO卫星相对地面运动，星地通信存在一定的多普勒频移与时延变化，但混合轨道IGSO卫星星座中的多普勒频移与时延变化相比低轨系统要小很多。譬如，当各IGSO卫星轨道倾角为70°时，对于30GHz的载波频率，多普勒频移通常小于60kHz，多普勒频移变化率通常小于6Hz/s，时延变化率通常小于2×10-3ms/s。